Caída De Presión En Lechos Fluidizados

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHIS

INGENIERÍA QUÍMICA ALUMNOS: Armenta Irigoyen Carolina de Jesús 12441183 Adriano Robles Jahaziel 13440278 Contreras Lau Oscar Josue 13440709 García Calleros Omar Alexis 13440443 Leyva Pillado Adrian 13440556 Ontiveros Chaires Gilberto Iván 13440482 Rendón Solís Julián 13440619 MATERIA: Laboratorio Integral I UNIDAD 2: Flujo de Fluidos FACILITADOR: Dr. Eder Jesús Valentín Lugo Medina ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE:

Caída de Presión en Lechos Fluidizados.

Instituto Tecnológico de Los Mochis CAIDA DE PRESION EN LECHOS FLUIDZADOS PRESSURE DROP IN FLUDIZED BEDS LABORATORIO INTEGRAL I 1

Instituto Tecnológico de Los Mochis. Boulevard Juan de Dios Bátiz y 20 de Noviembre, Los Mochis, Sinaloa. Fecha: 5 de Abril del 2016

Resumen El presente documento nos muestra qué es una fluidización y lechos fluidizados además de las ecuaciones necesarias para determinar distintas incógnitas como velocidad mínima de fluidización y expansión de lechos fluidizados, además de mostrarnos de forma teórica los distintos tipos de lechos de fluidización, sus aplicaciones y una sencilla práctica para entender mejor este tema el cual consiste en calcular la caída de presión. Palabras clave: Flujo, caída de presión, líquido, lechos fluidizados. Abstract This document, shows what is the fluidization and the fluidized beds in addition to those equations necessary to determine various unknowns as minimum fluidization velocity and expansion of fluidized beds, in addition to showing us the theoretically different types of fluidized beds, applications and a simple practice to better understand this issue which is to calculate the pressure drop. Key words: Flow, pressure drop, liquids, fluidized beds.

Introducción Las expresiones fluidización y lecho fluidizado se utilizan para describir la condición de las partículas completamente suspendidas, toda vez que la suspensión se comporta como un fluido denso. Velocidad mínima de fluidización: Es posible obtener una ecuación para la velocidad mínima de fluidización considerando la caída de presión a través del lecho igual al peso del lecho por unidad de área de la sección transversal, teniendo en cuenta la fuerza de flotación del fluido desplazado: ∆ p=g ( 1−ε ) ( ρ P−ρ ) L

(1)

Para la fluidización incipiente, ε es la εM porosidad mínima . (Si a su vez las partículas son porosas, ε es la fracción externa de huecos del lecho.) Por lo tanto, ∆p =g ( 1−ε M ) ( ρ P−ρ ) (2) L Usando la ecuación (2) y la ecuación de Ergun para ∆p/L en el punto de fluidización incipiente, se obtiene una ecuación cuadrática para la velocidad ´ de fluidización mínima V OM :

Donde: μ : Viscosidad V´ 0 M : Velocidad mínima

Փ s : Esfericidad D p : Diámetro de la partícula ρ : Densidad del fluido ρ p : Densidad de partícula ε M : Porosidad g : Aceleración de la gravedad

Tipos de Fluidización: 

Fluidización partículada:

Mientras la velocidad del fluido aumenta, el lecho continúa expandiéndose y permanece homogéneo durante cierto tiempo. Las partículas se separan cada vez más y su movimiento se hace más rápido. La densidad promedio del lecho a una velocidad dada es la misma en todas sus regiones. •

Fluidización de burbujeo:

El gas atraviesa el lecho a manera de vacíos o burbujas que contienen pocas partículas, y sólo un bajo porcentaje del gas atraviesa los

espacios entre partículas individuales. La expansión del lecho es pequeña mientras la velocidad del gas aumenta.

•

Teoría de fluidización en dos fases:

Donde las burbujas son una de las fases y el lecho denso de partículas suspendidas es la segunda fase. •

Si se supone que el flujo entre las partículas es laminar, se obtiene la siguiente ecuación para el lecho expandido:

APLICACIONES: •

Se aplica en la industria del petróleo con el desarrollo del cracking (craqueo) catalítico en el lecho fluidizado.

•

La regeneración del catalizador se realiza en reactores de lecho fluidizado que tienen hasta 10 m de diámetro, también se emplea en otros procesos catalíticos, tales como la síntesis de acrilonitrilo, y para llevar a cabo reacciones gas - sólido.

•

Se utiliza en la combustión de carbón en lecho fluidizado con el fin de reducir el costo de las calderas y disminuir la emisión de contaminantes.

•

Curtido de minerales, secado de sólidos finos y absorción de gases.

Fluidización turbulenta:

Cuando la velocidad superficial del gas aumenta a valores muy por encima de, hay una transición de fluidización de burbujeo. La transición ocurre cuando el lecho se ha expandido tanto que no es posible ´ una mayor fase de burbujeo V OM Expansión de lechos fluidizados: Con ambos tipos de fluidización, el lecho se expande a medida que aumenta la velocidad superficial y, puesto que la caída de presión total permanece constante, la caída de presión por unidad de longitud disminuye al aumentar ε. Al reordenar la ecuación (1): ∆p =g (1−ε ) ( ρ P−ρ ) L

VENTAJAS: En la fluidización particulada, la expansión es uniforme, y la ecuación de Ergun, que es aplicable al lecho fijo, es de esperar que se siga cumpliendo de forma aproximada para el lecho ligeramente expandido.

•

Asegura el contacto del fluido con toda la superficie de la partícula sólida.

•

•

•

Las variaciones de temperatura dentro del lecho son mínimas.

Sólidos

El procedimiento fue:

Se evita la existencia de puntos calientes, los cuales pueden estar presentes en lechos estáticos.

1) Se conecta la manguera a la bomba.

en el caso de los catalizadores usados y/o carbonizados se los puede recircular entre el reactor y el regenerador en forma continua.

3) Se enciende la bomba.

DESVENTAJAS: •

El aumento de potencia necesaria debido a la caída de presión en un lecho fluidizado.

•

El aumento del tamaño del tanque o reactor.

•

Una mayor rotura de las partículas sólidas. En el caso de los catalizadores las pérdidas por frotamiento y arrastre pueden ser significativas.

Metodología Se realizó una práctica para determinar la caída de presión en un lecho fluidizado, mediante la ecuación de Ergun. Se necesitaron de materiales:     



Agua Manguera Bomba 3 recipientes Soporte

2) Se colocan las partículas sólidas en el recipiente.

4) Esperamos a que el agua suspenda las partículas en el lecho a cierta altura.

5) Medir la longitud a la que llego el lecho. 6) Hacer los cálculos necesarios para la caída de presión.

Conclusiones

Resultados Cálculo de la porosidad: Peso del material poroso seco = 0.296g Peso del material poroso húmedo = 0.728g

Diferencia: 0.728g – 0.296g = 0.432g = 0.000432kg Volumen de los poros:

Volumen total: Porosidad: Cálculo de la caída de presión:

En conclusión, fuimos capaces de calcular la incógnita problema de esta práctica con la ecuación de Ergun, la práctica fue sencilla y didáctica, además de que se puede realizar con materiales baratos y fáciles de conseguir, esto nos sirve de experiencia para poder tener una base y muy probablemente aplicarlo en el campo de trabajo el día que se requiera.

Referencias Geankoplis, Chris John, Procesos de transporte y principios de procesos de separación 4ta edición, Editorial Continental, México 2006

Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriot, Operaciones unitarias en ingeniería química, 7ma edición, Editorial McGraw Hill, Interamericana.